CN107602114A - 一种锆钛酸钡钙bczt压电陶瓷及其织构化制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷及其织构化制备方法,是以BaCO3和TiO2为主要原料,以CaCO3和ZrO2为惨杂剂,以SrTiO3为晶种制成,其中,BaCO3、TiO2、CaCO3和ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3,SrTiO3的质量百分比含量为2.5‑10%。本发明的压电陶瓷具有压电性能好,居里温度高,压电常数高的特点,且本发明的方法具有烧结温度低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电陶瓷及其织构化制备方法,特别是一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷及其织构化制备方法。
背景技术
压电陶瓷材料因具有机械能-电能相互转化的性能,被广泛地应用在航空航天、医疗、生活艺术等各领域。无铅压电陶瓷由于不含铅、不污染环境,符合人类社会可持续发展的要求,因而备受产业界和研究人员的青睐。其中,钛酸钡(BaTiO3,BT)基无铅陶瓷体系更是受到广泛关注。Ren等人通过对BT基无铅压电陶瓷的A位和B位同时进行复合掺杂改性,成功研制出高压电性能的Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3无铅压电陶瓷材料,该系的压电常数达620PC/N。通过对BT基的A位和B位同时进行复合掺杂改性,得到的新配方虽然提高了其压电性能,但是居里温度没有明显改善,反而更低了。因此,在保持BCZT基无铅压电陶瓷高压电性能的情况下,如何提高居里温度和压电常数,适当降低烧结温度成为BCZT陶瓷领域研究的新热点,具有很重大的研究价值和意义。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷及其织构化制备方法。本发明的压电陶瓷具有压电性能好,居里温度高,压电常数高的特点,且本发明的方法具有烧结温度低的特点。
本发明的技术方案:一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,是以BaCO3和TiO2为主要原料,以CaCO3和ZrO2为惨杂剂,以SrTiO3为晶种制成,其中,BaCO3、TiO2、CaCO3和ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3,SrTiO3的质量百分比含量为2.5-10%。
前述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,所述SrTiO3的质量百分比含量为4-7%。
前述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,所述SrTiO3的质量百分比含量为5%。
一种如前述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,包括如下步骤:
1)将BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2和SrTiO3分别烘干,得A品;
2)将A品混合并搅拌均匀,得B品;
3)将B品制成流延浆料,在流延机上流延挤出,制成80-120μm厚的流延料;
4)将3-10层流延料利用静等压机在20-30MPa压力下制成0.8-1.2mm厚度,裁剪成圆片,得C品;
5)将C品放入1250-1350℃下,保温2-4小时,随炉自然冷却,得D品;
6)将D品进行被电极和极化处理,得BCZT压电陶瓷。
前述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,所述流延料的厚度为100μm。
前述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,所述步骤4)中,是将多层流延料利用静等压机在20-30MPa压力下制成1mm厚度。
前述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,所述步骤5)中,保温时间为3小时。
本发明的有益效果
与传统的BCZT基压电陶瓷相比,本发明的陶瓷具有更高的居里温度、压电常数和更低的烧结温度,同时,还具有良好的压电性能。
实验例
1、实验方法:
本实验例共设置四组实验,第一组为未掺杂晶种SrTiO3的BCZT基压电陶瓷样品,第二组为使用本发明实施例1得到的压电陶瓷样品,第三组为使用本发明实施例2得到的压电陶瓷样品,第四组为使用本发明实施例3得到的压电陶瓷样品,四组压电陶瓷样品均采用GB/T3389-2008测试标准,分别对四组压电陶瓷样品的居里温度、烧结温度和压电常数进行测试。
第一组为未掺杂晶种SrTiO3的BCZT基压电陶瓷样品,其中BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3。其制备方法如下:
1)配料:取所述主要原料和晶种,分别烘干,备用;
2)混料:将烘干的主要原料和晶种混合,搅拌均匀,得混合料;
3)合成:将混合料配成流延浆料后,在流延机上流延挤出,得到100微米厚度的流延料;
4)压制:将多层流延料利用静等压机在25MPa压力下压制成1毫米厚度,剪裁成圆片,待烧结;
5)烧结:在1300~1310℃下,保温3个小时,随炉自然冷却后取出,得烧结物;
6)被电极和极化:将烧结物进行被电极和极化处理,得BCZT压电陶瓷。
2、实验结果:
不同晶种SrTiO3添加量时,压电陶瓷的居里温度Tc和压电常数d33如图1所示,测试结果记录在表1中,从表1可以看出:与未掺杂晶种的压电陶瓷样品相比,晶种添加量过少时,不能充分发挥其作用,随着晶种量不断在增加,压电陶瓷的居里温度和压电常数均有所提高。
3、实验分析:
综合四组压电陶瓷样品的测试结果分析得出:为了保证居里温度和压电常数较高,同时烧结温度最低,钛酸锶(SrTiO3)晶种的添加量为5%时最佳。
附图说明
附图1为晶种添加量为0wt%、2.5wt%、5wt%、和7.5wt%时的压电陶瓷的居里温度Tc和压电常数d33。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1:一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,是以BaCO3和TiO2为主要原料,以CaCO3和ZrO2为惨杂剂,以SrTiO3为晶种制成,其中,BaCO3、TiO2、CaCO3和ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3,SrTiO3的质量百分比含量为2.5%。
上述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,步骤如下:
1)将BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2和SrTiO3分别烘干,得A品;
2)将A品混合并搅拌均匀,得B品:
3)将B品制成流延浆料,在流延机上流延挤出,制成80μm厚的流延料;
4)将6层流延料利用静等压机在20MPa压力下制成1.2mm厚度,裁剪成圆片,得C品;
5)将C品放入1250℃下,保温4小时,随炉自然冷却,得D品:
6)将D品进行被电极和极化处理,得BCZT压电陶瓷。
实施例2:一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,是以BaCO3和TiO2为主要原料,以CaCO3和ZrO2为惨杂剂,以SrTiO3为晶种制成,其中,BaCO3、TiO2、CaCO3和ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3,SrTiO3的质量百分比含量为5%。
上述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,步骤如下:
1)将BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2和SrTiO3分别烘干,得A品;
2)将A品混合并搅拌均匀,得B品:
3)将B品制成流延浆料,在流延机上流延挤出,制成100μm厚的流延料;
4)将3层流延料利用静等压机在25MPa压力下制成1mm厚度,裁剪成圆片,得C品;
5)将C品放入1300℃下,保温3小时,随炉自然冷却,得D品:
6)将D品进行被电极和极化处理,得BCZT压电陶瓷。
实施例3:一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,是以BaCO3和TiO2为主要原料,以CaCO3和ZrO2为惨杂剂,以SrTiO3为晶种制成,其中,BaCO3、TiO2、CaCO3和ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3,SrTiO3的质量百分比含量为10%。
上述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,步骤如下:
1)将BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2和SrTiO3分别烘干,得A品;
2)将A品混合并搅拌均匀,得B品:
3)将B品制成流延浆料,在流延机上流延挤出,制成120μm厚的流延料;
4)将10层流延料利用静等压机在30MPa压力下制成0.8mm厚度,裁剪成圆片,得C品;
5)将C品放入1350℃下,保温2小时,随炉自然冷却,得D品:
6)将D品进行被电极和极化处理,得BCZT压电陶瓷。
Claims (7)
1.一种锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,其特征在于:是以BaCO3和TiO2为主要原料,以CaCO3和ZrO2为惨杂剂,以SrTiO3为晶种制成,其中,BaCO3、TiO2、CaCO3和ZrO2的摩尔比为(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3,SrTiO3的质量百分比含量为2.5-10%。
2.如权利要求1所述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,其特征在于:所述SrTiO3的质量百分比含量为4-7%。
3.如权利要求2所述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷,其特征在于:所述SrTiO3的质量百分比含量为5%。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2和SrTiO3分别烘干,得A品;
2)将A品混合并搅拌均匀,得B品;
3)将B品制成流延浆料,在流延机上流延挤出,制成80-120μm厚的流延料;
4)将3-10层流延料利用静等压机在20-30MPa压力下制成0.8-1.2mm厚度,裁剪成圆片,得C品;
5)将C品放入1250-1350℃下,保温2-4小时,随炉自然冷却,得D品;
6)将D品进行被电极和极化处理,得BCZT压电陶瓷。
5.如权利要求4所述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,其特征在于:所述流延料的厚度为100μm。
6.如权利要求4所述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,其特征在于:所述步骤4)中,是将多层流延料利用静等压机在20-30MPa压力下制成1mm厚度。
7.如权利要求4所述的锆钛酸钡钙BCZT压电陶瓷的织构化制备方法,其特征在于:所述步骤5)中,保温时间为3小时。
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